光谱分析的发展

胡金忠

【摘 要】光谱分析在现代分析化学中占有非常重要的地位，是现代分析化学的重要组成部分，本文通过原子发射光谱法、原子吸收光谱法、紫外—可见分光光度法、红外光谱法、荧光分析法等光谱分析方法的知识积累阶段、建立阶段、蓬勃发展阶段来探索光谱分析的发展，揭示了光谱分析方法在分析化学中的重要意义。

【关键词】光谱分析 发展 重要意义

【中图分类号】TP391【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0041-01

光谱分析法是测定物质与电磁辐射相互作用时所产生的发射、吸收辐射的波长和强度进行定性、定量和结构分析的方法。光谱分析是近几十年发展起来的，当今发展迅速、方法门类众多，能够适应各个领域所提出的新任务，已成为现代分析的重要方法：

1、原子发射光谱法

1859年基尔霍夫、本生研制了第一台用于光谱分析的分光镜，实现了光谱检验； 1900年普朗克提出了“量子化”概念并于1918年因创立量子论、发现基本量子获诺贝尔物理学奖；1905年爱因斯坦提出了光量子假说并于1921年因“光的波粒二象性”这一成就获得诺贝尔物理学奖，他们的理论为光谱分析的发展奠定了坚实的理论基础。20世纪30年代建立了光谱定量分析法。20世纪60年代以后原子发射光谱得到迅速发展，期间主要应用火焰、电弧及电火花等激发光源，在发现新元素、促进原子结构理论的发展及其在各种无机材料定性分析中发挥了重要作用。20世纪70年代以来，应用了电感耦合高频率等离子体焰炬、激光等新型激发光源。

2、原子吸收光谱法

1802年，伍朗斯顿在研究太阳连续光谱时发现了太阳连续光谱中有暗线。1817年福劳霍费在研究太阳连续光谱时，再次发现了这些暗线，将这些暗线称为福劳霍费线。1860年，本生和克希荷夫证明太阳连续光谱中的暗线，正是太阳大气圈中的钠原子对太阳光谱中的钠辐射吸收的结果。1955年澳大利亚的瓦尔西发表了论文《原子吸收光谱在化学分析中的应用》奠定了原子吸收光谱法的理论基础；50年代末和60年代初，Hilger， Varian Techtron及Perkin-Elmer公司先后推出了原子吸收光谱商品仪器，发展了瓦尔西的设计思想。1961年里沃夫发表了非火焰原子吸收法的研究工作。1965年威尔斯将氧化亚氮—乙炔火焰成功地用于火焰原子吸收光谱法中，使可测定的元素达到了70个之多。近年来，使用电视摄像管做多元素分析鉴定器，结合中阶梯光栅，设计了用电子计算机控制测定多元素的原子吸收分光光度计，为解决同时测定多种元素的问题开辟了新的途径。激光的应用使原子分光光度法为微区和薄膜分析提供了新手段。

3、紫外—可见分光光度法

紫外—可见分光光度法是在比色法的基础上发展起来的，比色法是通过比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定待测组分含量的方法。早在公元初古希腊人就曾用五倍子溶液测定醋中的铁。比色法作为一种定量分析的方法，大约开始于19世纪30～40年代。皮埃尔·布格和约翰·海因里希·朗伯分别在1729年和1760年阐明了物质对光的吸收程度和吸收介质厚度之间的关系；1852年奥古斯特·比尔又提出光的吸收程度和吸光物质浓度也具有类似关系，两者结合起来就得到有关光吸收的基本定律——朗伯-比尔定律。1945年美国的Beckman 公司推出了第一台紫外可见分光光度计。20世纪60年代，紫外-可见分光光度计已逐渐代替光电比色计，分光光度法也随之逐渐代替了比色法。20世纪60年代以后随着科学技术的发展，紫外可见分光光度计仪器得到了飞速发展，自动化程度大大提高。

4、红外光谱法

1800年英国天文学家Hershel发现了红外光区。此后陆续有人用红外辐射观测物质的吸收光谱。1905年前后，人们已系统地研究了几百种化合物的红外吸收光谱并且发现了一些吸收谱带与分子基团间的相互关系。1918年到1940年期间人们对双原子分子进行了系统的研究，建立起了一套完整的理论，随后在量子力学的基础上又建立了多原子分子光谱理论基础。20世纪50年代在化学领域已经积累了丰富的资料，收集了大量纯物质的标准红外光谱图。20世纪40年代中期到50年代末，红外光谱法主要是采用以棱镜为色散元件的双光束记录式红外分光光度计，到六十年代，光栅式红外分光光度计得到了普及。七十年代初，又发展起来富里哀变换光谱仪，为红外光谱的应用开辟了许多新领域。近年来，电子计算机技术在红外光谱中发挥了重要的作用，电子计算机被用于记录分析结果，数据自动处理，通过求解性方程对多组分混合物进行定量分析。在定性及未知物结构鉴定中可用计算机进行谱图检索，辨认和确定未知物所含的基团和结构。

5、荧光分析法

1575年西班牙植物学家N.Monardes第一次记录了荧光现象。1852年stokes在考查奎宁和叶绿素的荧光时，用分光计观察到其荧光才判明这种现象是这些物质在吸收光能后重新发射不同波长的光，从而导入了荧光的光发射概念，还由发荧光的矿物“莹石”提出“荧光”这一术语。1867年Goppelsroder进行了历史上首次的荧光分析工作，应用铝—桑蓝色配合物的荧光进行铝的测定。1880年Liebeman提出了最早的关于荧光与化学结构关系的经验法则。19世纪末，人们已经知道了包括荧光素、曙红、多环芳烃等600种以上的荧光化合物。1905年Wood发现了共振荧光；1914年Frank和Hertz利用电子冲击发光进行定量研究；1922年Frank和Gario发现增感荧光；1924年Wawillow进行了荧光产率的绝对测定；1926年Gaviola进行了荧光寿命的直接测定等；1928年，Jette和West研制出第一台充电荧光计；1939年Zworykin和Rajchman发明充电倍增管以后，使增加荧光计的灵敏度和容许使用分辨率更高的单色器成为可能。1943年Button和Bailey提出了一种荧光光谱的手工校正装置，到1952年才出现商品的校正光谱仪器。近十几年来，激光、微处理机、电子学、光导纤维和纳米材料新技术的引入，大大推动了荧光分析法在理论和应用方面发展，促进了荧光方面的新方法、新技术的发展。

目前，光谱分析越来越受到重视，并向多技术综合联用、自动化高速分析的方向发展。相信随着科学技术的进步，光谱分析方法会在科学的各个领域发挥极其重要的作用。

参考文献

[1] 杨根元.实用仪器分析.第四版，北京：北京大学出版社，2010：8

[2] 清华大学分析化学教研室.现代仪器分析.北京：清华大学出版社，1983

[3] 许金钩 王尊本.荧光分析法.北京：科技出版社，2006